Механическое ударно-канатное бурение скважин
Механическое ударно-канатное бурение скважин, довольно широко применяемое в практике инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, выполняется кольцевым забоем с применением соответствующих наконечников –буровых стаканов и желонок и сплошным забоем с применением долота и желонки.
Механическое ударно-канатное бурение скважин осуществляется как специально сконструированными для этой цели станками УБП-15, УБП-ЗО, БУКС-ЛГТ, так и самоходными буровыми установками СБУД-150-ЗИВ, УГБ-50А, УГВ-50М, БУЛИЗ-15, АВБ-IIМ, БУЛИЗ-20 и др.
В практике инженерно-строительных изысканий механическое ударно-канатное бурение кольцевым забоем производится двумя способами: с отрывом и без отрыва бурового наконечника от забоя.
Бурение первым способом осуществляется стаканами и желонками, спариваемыми для утяжеления с ударной штангой. Составленный таким образом утяжеленный снаряд сбрасывается на забой с некоторой высоты. Падая свободно под действием собственного веса, снаряд внедряется в забой на ту или иную глубину (0,1—0,5 м), а затем вместе с захваченным столбиком породы поднимается на поверхность для чистки.
Бурение скважин без отрыва бурового наконечника от забоя производится также стаканами, погружаемыми в забой скважины специальным ударным механизмом. Оно выполняется обычно станками УБП-15 конструкции Гидропроекта, в комплекте которых имеются также ударные механизмы.
Ударно-канатное бурение с отрывом бурового стакана от забоя, выполняемое механизированными станками облегченных конструкций и самоходными буровыми установками, характеризуется высокими скоростями проходки, что достигается в результате применения утяжеленных снарядов (100—200 кг), резкого сокращения времени на спуско-подъемные операции, собственно бурение и чистку наконечника в расчете на один рейс.
При бурении на тросе полностью исключаются свинчивание и развинчивание буровых штанг, отнимающие обычно значительную часть полезного времени. Спуск и подъем снаряда, осуществляемые на тросе, происходят на больших скоростях и без остановок. Собственно бурение в расчете на рейс длится несколько секунд.
Процесс чистки забивного стакана, с помощью которого ведется бурение, весьма прост и осуществляется механизированным способом. Для этого буровой стакан с грунтом наводят на выталкиватель, который крепится на кронштейне к раме станка с помощью стремянок (рис. 1) и поднимают наконечник с помощью лебедки на высоту столбика грунта, находящегося в забивном стакане. При этом выталкиватель, оставаясь неподвижным, выталкивает столбик грунта через режущую часть забивного стакана, перемещающегося при чистке вверх. Такой процесс чистки бурового наконечника в исполнении опытной буровой бригады выполняется обычно в течение нескольких секунд.
Механические скорости проходки при бурении с отрывом стакана от забоя в таких грунтах, как супеси, суглинки и глины средней плотности и естественной влажности достигают 8-12 м/ч при глубине скважины 10-15 м, а длина рейса 0,1-0,3 м. За 7 – часовую рабочую смену проходка буровой бригады, состоящей из трех человек (буровой мастер, рабочий и коллектор), достигает 50-60 м при глубине скважин 10-15 м.
Рис. 1. Схема чистки забивного стакана при ударно-канатном бурении 1 – ударная штанга; 2 – стакан; 3 – выталкиватель; 4 – профильный вырез; 5 – рама станка; столбик породы
Довольно высокой производительностью характеризуется и ударно-забивной способ бурения. Так, производительность установки УБП-15 при этом способе бурения достигает 20—30 м на станко-смену в песчано-глинистых и гравийно-галечных отложениях.
Наиболее эффективно ударно-канатный способ бурения применяется для проходки скважин в неводоносных и слабообводненных глинистых грунтах, песках, выветрелых глинистых сланцах, сланцеватых глинах, меловых породах и других разновидностях пород, аналогичных им по буримости.
При бурении ударно-забивным способом особенно неводоносных пород-супесей, суглинков, глин, мела, выветрелых мергелей и сланцев, разновидностей мягких сланцев и других мягких пород с применением в качестве бурового наконечника забивного стакана удается достичь 100%-ного выхода керна.
Керн представляет собой столбики грунта высотой 10-30 см, претерпевшего некоторое уплотнение. По извлекаемому из скважин керну можно точно задокументировать геологический разрез скважины. Хотя керн несколько и уплотнен, но сохраняет естественную слоистость и влажность, что позволяет произвести детальное литологическое описание разреза с выделением даже тонких прослоев грунта, с оценкой характера включений, макропор, червороин и т. п. Из керна можно отбирать пробы грунта нарушенной структуры для лабораторных определений естественной влажности, пределов пластичности, механического состава, содержания водорастворимых солей, органических веществ.
При бурении ударно-канатным способом гидрогеологические условия разреза удается фиксировать с достаточной точностью, так как бурение скважин ведется небольшими уходками всухую (без промывки).
Наряду с достоинствами ударно-канатное бурение, выполняемое с отрывом бурового стакана от забоя, имеет недостатки. При бурении, например, утяжеленными снарядами в просадочных грунтах наблюдается уплотнение грунта ниже забоя скважины на ту или иную глубину, в результате чего нельзя получить качественные монолиты грунтов для лабораторных исследований. Поэтому этот способ не рекомендуется применять для проходки технических скважин в просадочных грунтах.
Ударное бурение сплошным забоем позволяет проходить скважины большим диаметром (до 230 мм) па значительную глубину, поэтому часто применяется при проходке скважин для откачек. Кроме того, при ударном способе бурения можно последовательно опробовать проходимые водоносные горизонты в порядке их вскрытия, а при необходимости можно вернуться к любому из них.
Кроме указанных способов на изысканиях проходка скважин осуществляется также вибраторами различных конструкций. Процесс вибробурения принципиально сходен с ударным бурением. При вибробурении буровой наконечник (виброзонд, виброжелонка) погружается с помощью специального механизма—вибратора. Вибробурение применяется для проходки разведочных скважин диаметром 70-219 мм на глубину до 30 м в породах I – IV категорий.
Вибробурением проходят небольшие прослои гравия, мелкой гальки, мерзлых грунтов. Бурение скважин с помощью вибропогружателя может производиться как без обсадки, так и с обсадкой трубами. При вибробурении обеспечиваются высокие скорости проходки (в 7-9 раз выше, чем при ручном бурении), а также полностью сохраняется характер напластований, слоистости, включений и т. п. вплоть до тонких прослойков на всем пройденном интервале.
Точность получаемых данных о литологическом составе пород при вибробурении выше, чем при бурении ложкой или змеевиком. Однако при вибробурении некоторых грунтов (лёссовидные и др.) образцы оказываются несколько уплотненными. Поэтому для отбора проб грунтов с ненарушенной структурой в таких породах вибробурение применять не рекомендуется. При проходке скважин в мягких породах для разведочных и гидрогеологических целей, где указанный недостаток не имеет существенного значения, вибробурение может иметь самое широкое применение.
На изысканиях вибробурение осуществляется самоходными буровыми установками БУЛИЗ-15, АВБ-IIМ и БВУ-ГАЗ-63.
Механическое ударно-канатное бурение скважин – статья на сайте “студент-строитель.ру”